406 基于ProE的裝載機(jī)工作裝置的實(shí)體建模及運(yùn)動(dòng)仿真,基于,proe,裝載,機(jī)工,裝置,實(shí)體,建模,運(yùn)動(dòng),仿真 基于 Pro/E 的裝載機(jī)工作裝置的實(shí)體建模及運(yùn)動(dòng)仿真專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 作者：李書(shū)知 指導(dǎo)教師：陳豐峰摘 要：裝載機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的工程機(jī)械。有其廣泛的空間，但由于裝載機(jī)傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式存在的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、過(guò)程繁雜、開(kāi)發(fā)成本高、性能測(cè)試?yán)щy等問(wèn)題，本文將仿真技術(shù)引入裝載機(jī)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，完成以下工作：1． 介紹了裝載機(jī)的發(fā)展歷史及前景，裝載機(jī)的種類，介紹了仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景、在國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r以及仿真技術(shù)的實(shí)際意義。2． 對(duì)液壓缸作出了合理的選擇。3． 簡(jiǎn)述了 Pro/E 軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，利用 Pro/E 構(gòu)建裝載機(jī)的三維實(shí)體模型，并對(duì)其進(jìn)行裝配，在Pro/E 環(huán)境下進(jìn)行了裝配干涉檢驗(yàn)。4． 在 Pro/ENIEER MECHANISM 環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,得出裝載機(jī)工作的性能曲線。關(guān)鍵字：裝載機(jī) 工作裝置 液壓缸 仿真技術(shù) 三維建模Abstract：Loader is a kind of engineer machine that is widely applied in engineer project, which has wildely space, Aim to the problems that exist in traditional research way of loader, for example the research cycle is long, the cost is long, the cost is high and the performance test is complex etc, this paper leads virtual prototype technology into research of loader. The following research works are completed:1. The development foreground, the category and loader’s history is introduced, also the background of simulation technology come into being, developing status in local and the significance of virtual prototype technology is introduced.2. To brief introduce the Pro/E software which application in the field of engineering, the 3D modeling is used by Pro/E software, which is built and interferential test of assembly in Pro/E environment is completed.3. The simulated motion in Pro/E environment is completed, and the capability curve is reached.4. A rational choice for the hydraulic actuating cylinder.Keywords: Loader, Working mechanism, hydraulic actuating, Simulation technology, 3D modeling目 錄摘 要 .......................................................................................................................................................I1 前 言 ....................................................................................................................................................11.1 裝載機(jī)的簡(jiǎn)介 ...............................................................................................................................11.1.1 裝載機(jī)的發(fā)展歷史及前景 ....................................................................................................11.1.2 裝載機(jī)的種類 ........................................................................................................................11.1.3 本章小結(jié) ................................................................................................................................31.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介 .......................................................................................................................41.2.1 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景 ....................................................................................................41.2.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù) ........................................................................................................................41.2.3 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 .....................................................................................41.2.4 發(fā)展運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)的重要意義 ............................................................................................41.2.5 總結(jié) ........................................................................................................................................51.3 Pro/ENGINEER 軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ................................................................................51.3.1 Pro/ENGINEER 軟件介紹 .....................................................................................................51.3.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)對(duì)裝載機(jī)設(shè)計(jì)理念的影響 ............................................................................61.4 本章小結(jié) .......................................................................................................................................72 液壓缸的選擇 ......................................................................................................................................82.1 本章小結(jié) .......................................................................................................................................83 裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體建模 ..........................................................................................................93.1 工作裝置零件建模 .......................................................................................................................93.1.1 動(dòng)臂的生成 ............................................................................................................................93.1.2 鏟斗的生成 ..........................................................................................................................103.1.3 底座的生成 ..........................................................................................................................113.1.4 連桿的生成 ..........................................................................................................................113.1.5 搖臂的生成 ..........................................................................................................................123.1.6 液壓缸筒的生成 ..................................................................................................................123.1.7 液壓缸蓋的生成 ..................................................................................................................133.1.8 液壓缸活塞的生成 ..............................................................................................................133.1.9 連接銷軸的生成 ..................................................................................................................133.2 工作裝置裝配模型建模 .............................................................................................................143.2.1 底座模型裝配 ......................................................................................................................153.2.2 動(dòng)臂模型裝配 ......................................................................................................................153.2.3 鏟斗模型裝配 ......................................................................................................................163.2.4 液壓缸體模型裝配 ..............................................................................................................163.2.5 搖桿模型的裝配連接 ..........................................................................................................173.2.6 連桿模型與鏟斗模型和搖桿模型的裝配連接 ..................................................................173.2.7 銷釘模型的連接 ..................................................................................................................173.2.8 本章小結(jié) ..............................................................................................................................204 裝載機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真 ....................................................................................................................214.1 概述 .............................................................................................................................................214.2 創(chuàng)建裝載機(jī)工作裝置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真 .....................................................................................214.2.1 連接軸設(shè)置 ..........................................................................................................................214.2.2 創(chuàng)建快照 ..............................................................................................................................224.2.3 定義伺服電動(dòng)機(jī) ..................................................................................................................224.2.4 運(yùn)行運(yùn)動(dòng) ..............................................................................................................................254.2.5 結(jié)果回放動(dòng)態(tài)干涉檢查與制作播放文件 ..........................................................................264.2.6 測(cè)量 ......................................................................................................................................285 結(jié) 論 ..........................................................................................................................................................316 致 謝 ..........................................................................................................................................................327 主要參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................338 附 表 ..........................................................................................................................................................348 附 表摘 要I基于 Pro/E 的裝載機(jī)工作裝置的實(shí)體建模及運(yùn)動(dòng)仿真專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 作者：李書(shū)知 指導(dǎo)教師：陳豐峰摘 要：裝載機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的工程機(jī)械。有其廣泛的空間，但由于裝載機(jī)傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式存在的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、過(guò)程繁雜、開(kāi)發(fā)成本高、性能測(cè)試?yán)щy等問(wèn)題，本文將仿真技術(shù)引入裝載機(jī)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，完成以下工作：1． 介紹了裝載機(jī)的發(fā)展歷史及前景，裝載機(jī)的種類，介紹了仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景、在國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r以及仿真技術(shù)的實(shí)際意義。2． 對(duì)液壓缸作出了合理的選擇。3． 簡(jiǎn)述了 Pro/E 軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，利用 Pro/E 構(gòu)建裝載機(jī)的三維實(shí)體模型，并對(duì)其進(jìn)行裝配，在Pro/E 環(huán)境下進(jìn)行了裝配干涉檢驗(yàn)。4． 在 Pro/ENIEER MECHANISM 環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,得出裝載機(jī)工作的性能曲線。關(guān)鍵字：裝載機(jī) 工作裝置 液壓缸 仿真技術(shù) 三維建模Abstract：Loader is a kind of engineer machine that is widely applied in engineer project, which has wildely space, Aim to the problems that exist in traditional research way of loader, for example the research cycle is long, the cost is long, the cost is high and the performance test is complex etc, this paper leads virtual prototype technology into research of loader. The following research works are completed:1. The development foreground, the category and loader’s history is introduced, also the background of simulation technology come into being, developing status in local and the significance of virtual prototype technology is introduced.2. To brief introduce the Pro/E software which application in the field of engineering, the 3D modeling is used by Pro/E software, which is built and interferential test of assembly in Pro/E environment is completed.3. The simulated motion in Pro/E environment is completed, and the capability curve is reached.4. A rational choice for the hydraulic actuating cylinder.Keywords: Loader, Working mechanism, hydraulic actuating, Simulation technology, 3D modeling目 錄II目 錄摘 要 .......................................................................................................................................................I1 前 言 ....................................................................................................................................................11.1 裝載機(jī)的簡(jiǎn)介 ...............................................................................................................................11.1.1 裝載機(jī)的發(fā)展歷史及前景 ....................................................................................................11.1.2 裝載機(jī)的種類 ........................................................................................................................11.1.3 本章小結(jié) .................................................................................................................................31.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介 .......................................................................................................................41.2.1 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景 ....................................................................................................41.2.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù) ........................................................................................................................41.2.3 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 .....................................................................................41.2.4 發(fā)展運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)的重要意義 ............................................................................................41.2.5 總結(jié) ........................................................................................................................................51.3 Pro/ENGINEER 軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ................................................................................51.3.1 Pro/ENGINEER 軟件介紹 .....................................................................................................51.3.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)對(duì)裝載機(jī)設(shè)計(jì)理念的影響 ............................................................................61.4 本章小結(jié) .......................................................................................................................................72 液壓缸的選擇 ......................................................................................................................................82.1 本章小結(jié) .......................................................................................................................................83 裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體建模 ..........................................................................................................93.1 工作裝置零件建模 .......................................................................................................................93.1.1 動(dòng)臂的生成 ............................................................................................................................93.1.2 鏟斗的生成 ..........................................................................................................................103.1.3 底座的生成 ..........................................................................................................................113.1.4 連桿的生成 ..........................................................................................................................113.1.5 搖臂的生成 ..........................................................................................................................123.1.6 液壓缸筒的生成 ..................................................................................................................123.1.7 液壓缸蓋的生成 ..................................................................................................................133.1.8 液壓缸活塞的生成 ..............................................................................................................133.1.9 連接銷軸的生成 ..................................................................................................................133.2 工作裝置裝配模型建模 .............................................................................................................143.2.1 底座模型裝配 ......................................................................................................................153.2.2 動(dòng)臂模型裝配 ......................................................................................................................153.2.3 鏟斗模型裝配 ......................................................................................................................163.2.4 液壓缸體模型裝配 ..............................................................................................................163.2.5 搖桿模型的裝配連接 ..........................................................................................................173.2.6 連桿模型與鏟斗模型和搖桿模型的裝配連接 ..................................................................173.2.7 銷釘模型的連接 ..................................................................................................................173.2.8 本章小結(jié) ..............................................................................................................................204 裝載機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真 ....................................................................................................................214.1 概述 .............................................................................................................................................214.2 創(chuàng)建裝載機(jī)工作裝置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真 .....................................................................................214.2.1 連接軸設(shè)置 ..........................................................................................................................214.2.2 創(chuàng)建快照 ..............................................................................................................................224.2.3 定義伺服電動(dòng)機(jī) ..................................................................................................................224.2.4 運(yùn)行運(yùn)動(dòng) ..............................................................................................................................254.2.5 結(jié)果回放動(dòng)態(tài)干涉檢查與制作播放文件 ..........................................................................26目 錄III4.2.6 測(cè)量 ......................................................................................................................................285 結(jié) 論 ..........................................................................................................................................................316 致 謝 ..........................................................................................................................................................327 主要參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................338 附 表 ..........................................................................................................................................................341 前 言11 前 言裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施式機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，同時(shí)也成為工程機(jī)械中發(fā)展最快、產(chǎn)銷量及市場(chǎng)需求最大的機(jī)種之一。1.1 裝載機(jī)的簡(jiǎn)介1.1.1 裝載機(jī)的發(fā)展歷史及前景我國(guó)裝載機(jī)始于 1960 年末，發(fā)展至今它經(jīng)歷了 3 個(gè)發(fā)展階段，即 60 年代仿制摸索階段；70年代自力更生研制階段；80 年代至 90 年代技術(shù)引進(jìn)、合資合作發(fā)展階段。自 1958 年，上海港口機(jī)械廠首先測(cè)繪并試制了 67KW（90hp） 、斗容量為 1 的裝載機(jī)——我國(guó)自己制造的第一臺(tái)裝載m機(jī)之后。全國(guó)裝載機(jī)產(chǎn)品從 1976 年的 446 臺(tái)發(fā)展到 1996 年的 18310 臺(tái)，二十年內(nèi)增長(zhǎng) 41.1 倍。同時(shí)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與國(guó)家基建規(guī)模及資金投入的增大，更促進(jìn)了我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展。生產(chǎn)企業(yè)由 1980 年的 20 家增至現(xiàn)在的 100 余家，初步形成了規(guī)格為 0.8~10t 約 19 個(gè)型號(hào)的系列產(chǎn)品，并已成為工程機(jī)械主力機(jī)種。自此裝載機(jī)在全國(guó)機(jī)械產(chǎn)品中，成為重要代表產(chǎn)品，令世人矚目。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、健康、高速發(fā)展，對(duì)工程機(jī)械的需求將增長(zhǎng)，這些需求對(duì)工程機(jī)械產(chǎn)品既提出了“量”又提出了“質(zhì)”的巨大市場(chǎng)需求。我國(guó) “九五”期間土石方、路基路面、基礎(chǔ)及建筑施工工作量預(yù)計(jì)比“八五”要大一倍以上，工程機(jī)械的總需求量亦將為“八五”期間的二倍，推土機(jī)、裝載機(jī)、輪式起重機(jī)、叉車、路面機(jī)械、鑿巖鉆車及挖掘機(jī)械等 7 類主要工程機(jī)械“九五”末的年需求量可在 11 萬(wàn)臺(tái)以上。而輪式裝載機(jī) 2000 年時(shí)年需求達(dá) 27000～30000 臺(tái)以上，這就為我國(guó)輪式裝載機(jī)行業(yè)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的市場(chǎng)前景，為制訂戰(zhàn)略發(fā)展宏偉目標(biāo)提供科學(xué)決策依據(jù)。綜觀國(guó)外裝載機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)及外部環(huán)境，專家預(yù)測(cè)未來(lái)裝載機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)是：（1） 開(kāi)發(fā)節(jié)能、高效、可靠、環(huán)保型產(chǎn)品，并研制無(wú)泄漏裝載機(jī)。（2） 微電子及機(jī)電液儀一體化技術(shù)將獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。（3） 安全性及舒適性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標(biāo)。（4） 大型化與微型化仍是產(chǎn)品系列化的兩極方向。（5） 技術(shù)進(jìn)步、人才培養(yǎng)和售后服務(wù)將成為企業(yè)生存的三大關(guān)鍵內(nèi)在因素。（6） 集團(tuán)化、社會(huì)化與國(guó)際化是企業(yè)生存與發(fā)展的必由之路。1.1.2 裝載機(jī)的種類目前，裝載機(jī)的國(guó)際市場(chǎng)分為兩類：一類是發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)，二類是發(fā)展中國(guó)家市場(chǎng)。發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)的產(chǎn)品技術(shù)水平和質(zhì)量要求很高，競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。由于我國(guó)裝載機(jī)產(chǎn)品檔次低，不易開(kāi)拓此類市場(chǎng)，而應(yīng)重點(diǎn)鞏固與繼續(xù)發(fā)展二類市場(chǎng)。二類市場(chǎng)主要包括東南亞、中東、非洲和南美洲四大區(qū)域市場(chǎng)，主要由發(fā)展中國(guó)家組成，與我國(guó)有良好的外交關(guān)系，往來(lái)密切，也是我國(guó)裝載機(jī)出口量最多的地區(qū)。因此，發(fā)展中國(guó)家市場(chǎng)是目前我國(guó)裝載機(jī)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的主攻方面。由于受東南亞經(jīng)濟(jì)1 前 言2危機(jī)持續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)、印尼國(guó)內(nèi)動(dòng)亂及一些國(guó)家貨幣貶值等諸多外部因素的影響，導(dǎo)致了我國(guó)裝載機(jī)出口難度的增加，也給國(guó)外裝載機(jī)及其關(guān)鍵部件的進(jìn)口創(chuàng)造了外部條件。因此，有關(guān)生產(chǎn)裝載機(jī)企業(yè)（包括合資企業(yè)）要積極準(zhǔn)備，把握時(shí)機(jī)，迎接挑戰(zhàn)，扎實(shí)搞好“三大戰(zhàn)役” ，務(wù)求在品種、質(zhì)量、交貨期和售后服務(wù)等方面有一個(gè)更大的發(fā)展。在有限的時(shí)間內(nèi)，集中力量解決目前存在的以下三個(gè)問(wèn)題：相當(dāng)一批產(chǎn)品水平較低，高科技含量少，可靠性較差；中小型號(hào)生產(chǎn)廠家多而雜，產(chǎn)量過(guò)剩；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，多數(shù)企業(yè)形不成規(guī)模效益?？偟膩?lái)說(shuō)，常用的單斗裝載機(jī)，按行走裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)功率，傳動(dòng)形式，行走系結(jié)構(gòu)，裝載方式的不同進(jìn)行分類。 1、行走裝置的不同： 裝載機(jī)分為輪胎式和履帶式兩種。輪胎式裝開(kāi)機(jī)由動(dòng)力裝置、車架、行走裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作裝置等組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單圖如圖 2 所示。輪胎式裝載機(jī)采用柴油機(jī)為動(dòng)力裝置，液力變矩、動(dòng)力換檔變速箱、雙橋驅(qū)動(dòng)等組成的液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)（小型輪胎式裝載機(jī)有的采用液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)） ，液壓操縱，鉸接式車架轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)桿機(jī)構(gòu)的工作裝置。履帶式裝載機(jī)以專用底盤(pán)或工業(yè)拖拉機(jī)為基礎(chǔ)車，裝上工作裝置并配裝相就原操縱系統(tǒng)而構(gòu)成，如圖 1 所示。履帶式裝載機(jī)的動(dòng)力裝置也是柴油機(jī)，機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)則采用液壓助力濕式離合器或濕式雙向液壓操縱轉(zhuǎn)向離合器和正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置。圖 1 輪胎式裝載機(jī)1 前 言3圖 2 履帶式裝載機(jī)1-行走機(jī)構(gòu)；2-發(fā)動(dòng)機(jī)；3-動(dòng)臂；4-鏟斗；5-轉(zhuǎn)斗油缸；6-動(dòng)臂油缸；7-駕駛室；8-燃油箱2、發(fā)動(dòng)機(jī)功率： ①功率小于 74kw 為小型裝載機(jī)。 ②功率在 74～147kw 為中型裝載機(jī) ③功率在 147～515kw 為大型裝載機(jī) ④功率大于 515kw 為特大型裝載機(jī) 3、傳動(dòng)形式： ①液力—機(jī)械傳動(dòng)，沖擊振動(dòng)小，傳動(dòng)件壽命長(zhǎng)，操縱方便，車速與外載間可自動(dòng)調(diào)節(jié)，一般在中大型裝載機(jī)多采用； ②液力傳動(dòng)：可無(wú)級(jí)調(diào)速、操縱間便，但啟動(dòng)性較差，一般僅在小型裝載機(jī)上采用； ③電力傳動(dòng)：無(wú)級(jí)調(diào)速、工作可靠、維修簡(jiǎn)單、費(fèi)用較高，一般在大型裝載機(jī)上采用。 4、行走結(jié)構(gòu)： ①輪胎式：質(zhì)量輕、速度快、機(jī)動(dòng)靈活、效率高、不易損壞路面、接地比壓大、通過(guò)性差、但被廣泛應(yīng)用； ②履帶式：接地比壓小，通過(guò)性好、重心低、穩(wěn)定性好、附著力強(qiáng)、牽引力大、比切入力大、速度低、靈活性相對(duì)差、成本高、行走時(shí)易損壞路面。 5、裝卸方式： ①前卸式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、視野好，適合于各種作業(yè)場(chǎng)地，應(yīng)用較廣； ②回轉(zhuǎn)式：工作裝置安裝在可回轉(zhuǎn) 360O 的轉(zhuǎn)臺(tái)上，側(cè)面卸載不需要調(diào)頭、作業(yè)效率高、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、成本高、側(cè)面穩(wěn)性較差，適用于較俠小的場(chǎng)地。 ③后卸式：前端裝、后端卸、作業(yè)效率高、作業(yè)的安全性欠好。1.1.3 本章小結(jié)本章主要討論了裝載機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)，介紹了裝載機(jī)的種類，為課題研究的實(shí)際意義提供了依據(jù)。1 前 言41.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介1.2.1 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景進(jìn)入 21 世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，社會(huì)發(fā)展日新月異。人們對(duì)個(gè)性化產(chǎn)品的需求越來(lái)越迫切，對(duì)產(chǎn)品性能的要求也越來(lái)越高，全球化經(jīng)濟(jì)已明顯地呈現(xiàn)出買方市場(chǎng)的特點(diǎn)。由于這一變化，導(dǎo)致市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，而競(jìng)爭(zhēng)的核心則主要體現(xiàn)在產(chǎn)品創(chuàng)新上，體現(xiàn)在對(duì)客戶的響應(yīng)速度和響應(yīng)品質(zhì)上。傳統(tǒng)的物理樣機(jī)在產(chǎn)品的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)中，在開(kāi)發(fā)周期、開(kāi)發(fā)成本、產(chǎn)品品質(zhì)等方面已越來(lái)越不能滿足市場(chǎng)需求，運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)正是在這一市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的。1.2.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法，是多個(gè)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物，是一種基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)仿真模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。其涉及機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等多個(gè)領(lǐng)域、多項(xiàng)技術(shù)，以計(jì)算機(jī)仿真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎(chǔ)，以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制理論為核心，借助成熟的三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、圖形用戶界面技術(shù)、信息技術(shù)、集成技術(shù)、多媒體技術(shù)、并行處理技術(shù)等，將分散的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和分析過(guò)程集成在一起，使得與產(chǎn)品相關(guān)的所有人員能在產(chǎn)品研制的早期直觀形象地對(duì)虛擬的產(chǎn)品原型進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、性能測(cè)試、制造仿真以及使用仿真等。 換句話說(shuō)“運(yùn)動(dòng)仿真”設(shè)計(jì)方法就是在建造第一臺(tái)（件）物理樣機(jī)之前，利用軟件技術(shù)建立產(chǎn)品系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模型，通過(guò)基于實(shí)體可視化的仿真分析，模擬系統(tǒng)在真實(shí)工作環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，以便反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案，最終得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。1.2.3 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況國(guó)外已在各個(gè)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用仿真設(shè)計(jì)。所涉及到的產(chǎn)品從龐大的卡車到微小的照相機(jī)的快門(mén)，從火箭到輪船的錨機(jī)。在工程／礦山機(jī)械行業(yè)，如約翰·迪爾公司利用仿真技術(shù)成功地解決了工程機(jī)械在高速行駛時(shí)出現(xiàn)蛇行現(xiàn)象的問(wèn)題及在重載下的自激振動(dòng)這個(gè)一直困擾著設(shè)計(jì)師及用戶的難題，大大提高了工程／礦山機(jī)械高速行駛性能與重載作業(yè)性能?？ㄌ乇死展纠锰摂M樣機(jī)在切削任何一片金屬之前就可快速試驗(yàn)數(shù)千種設(shè)計(jì)方案，不但降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期，而且還制造出性能更為優(yōu)異的產(chǎn)品。運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)在國(guó)外已有很多應(yīng)用實(shí)例，我國(guó)也正極急投身于該項(xiàng)技術(shù)的研究中。在傳統(tǒng)上，我國(guó)引進(jìn)物理樣機(jī)，開(kāi)發(fā)人員往往停留在零件照抄的水平上，對(duì)于樣機(jī)缺乏系統(tǒng)水平上的理解和研究，結(jié)果雖然投入了大量的人力物力，卻收效甚微。但如果采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，技術(shù)人員便可對(duì)引進(jìn)樣機(jī)進(jìn)行深入的研究，可以追蹤樣機(jī)的設(shè)計(jì)思想，從而真正提高設(shè)計(jì)人員的水平，開(kāi)發(fā)出能滿足市場(chǎng)需求的產(chǎn)品來(lái)。1.2.4 發(fā)展運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)的重要意義運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)方法將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)集成在一起，提供一種更全面地了解設(shè)備性能的方法。它利用虛擬環(huán)境在可視化方面的優(yōu)勢(shì)以及可交互式地探索虛擬物體的功能，對(duì)設(shè)備進(jìn)行幾何、功能及制造等方面交互的建模與分析。在概念設(shè)計(jì)和方案論證中，便于設(shè)計(jì)師將自己的經(jīng)驗(yàn)與想象融于計(jì)算機(jī)的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，并替代物理樣機(jī)進(jìn)行性能模擬試驗(yàn)。設(shè)計(jì)師可在計(jì)算機(jī)上方便地確定、修改設(shè)計(jì)進(jìn)程，逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真機(jī)試驗(yàn)，還可節(jié)省建立試驗(yàn)臺(tái)、安裝測(cè)試設(shè)備和測(cè)試儀表等有關(guān)的費(fèi)用，更快地確定影響設(shè)計(jì)方案性能的敏感參數(shù)，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)目的。這樣，可大大縮短設(shè)備研發(fā)周期，降低研制成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和1 前 言5效率，為產(chǎn)品贏得了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。1.2.5 總結(jié)基于運(yùn)動(dòng)仿真的設(shè)計(jì)方法將成為 21 世紀(jì)工礦設(shè)備開(kāi)發(fā)、研究的主流。對(duì)成本高、系統(tǒng)復(fù)雜、工況惡劣，而又不可能制造多臺(tái)物理樣機(jī)的設(shè)備其應(yīng)用前景更加廣闊，如大型露天礦用設(shè)備、煤礦井下綜采設(shè)備和深海開(kāi)采設(shè)備等。以及那些事關(guān)國(guó)際名聲的骨干行業(yè)，如汽車工業(yè)、軍事工業(yè)等，仿真技術(shù)在這些行業(yè)的應(yīng)用在帶來(lái)可觀經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，亦可提高其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有著廣闊的發(fā)展前景。因此，仿真技術(shù)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)必將為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)防建設(shè)、科技發(fā)展及社會(huì)進(jìn)步做出重大貢獻(xiàn)。1.3 Pro/ENGINEER 軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1.3.1 Pro/ENGINEER 軟件介紹Pro/ENGINEER 和 Pro/MECHANICA 是由美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM 參數(shù)化軟件系統(tǒng), 被廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域。 Pro/ENGINEER 和 Pro/MECHANICA 不僅能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械二維和三維動(dòng)態(tài)造型仿真設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、加工制造設(shè)計(jì)、而且還能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)仿真、結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理等多種技術(shù)目的。應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、汽車、機(jī)械、NC 加工，電工等諸多行業(yè)。 由于其強(qiáng)大而完美的功能 Pro/ENGINEER 幾乎成為三維 CAD/CAM 領(lǐng)域的一面旗幟和標(biāo)準(zhǔn)。 它在國(guó)外大學(xué)院校里以成為學(xué)生工程必修的專業(yè)課程，也成為工程技術(shù)人員必備的技術(shù)，是目前國(guó)際上專業(yè)設(shè)計(jì)人員使用最為廣泛的、先進(jìn)的、具有多種功能的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仿真軟件。隨著我國(guó)加入WTO ，一場(chǎng)新的工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)革命正在興起。作為提高生產(chǎn)率和競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段 Pro/ENGINEER 也在國(guó)內(nèi)形成一個(gè)廣泛應(yīng)用的熱潮。Pro/ENGINEER WILDFIRE 是美國(guó) PTC 公司于 2003 年新推出的 Pro/ENGINEER 系列產(chǎn)品中的旗艦產(chǎn)品 該軟件在原有的 2001 版本基礎(chǔ)上新增了重多功能 ，特別強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)過(guò)程的易用性以及設(shè)計(jì)人員之間的互聯(lián)性。 原有的 Pro/ENGINEER 產(chǎn)品的升級(jí)周期為半年一次 ，而本次升級(jí)卻花了兩年的時(shí)間 ，其產(chǎn)品性能有了本質(zhì)性的改善。PTC 的系列軟件不但包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER 提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境。它的技術(shù)特點(diǎn)在于以下兩個(gè)方面。1 Pro/E 參數(shù)化設(shè)計(jì)特征和功能Pro/ENGINEER 是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體的建模工具，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如 Hole（孔） 、Shell （殼） 、Chamfer（倒角）及 Round（倒圓角） 。用戶可以方便的修改模型，給工程設(shè)計(jì)者提供了設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。2 Pro/E 單一數(shù)據(jù)庫(kù)Pro/ENGINEER 建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，而傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，是指工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，每一個(gè)獨(dú)立用戶都能同時(shí)為同一件產(chǎn)品造型而工作。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程任何一處發(fā)生改動(dòng)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上都有響應(yīng)。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑就會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有變動(dòng)，也完全反映在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完美組合，把一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作緊密結(jié)合起來(lái)，使得設(shè)計(jì)效率更高，成品質(zhì)量更好，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)1 前 言6力大大增強(qiáng)。本次對(duì)礦用小型裝載機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用 Pro/ENGINEER WILDFIRE 軟件,現(xiàn)就本次設(shè)計(jì)所接觸到的幾個(gè)主要模塊做簡(jiǎn)要概述。1 機(jī)械設(shè)計(jì) CAD 模塊機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，它可繪制形狀相當(dāng)復(fù)雜的零件。在實(shí)際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如摩托車輪轂，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對(duì)曲面產(chǎn)品的需求將會(huì)大大增加。用 Pro/E 生成曲面非常方便，方法有：拉伸 旋轉(zhuǎn) 放樣 掃掠 網(wǎng)格 點(diǎn)陣等。由于生成曲面的方法較多，因此 Pro/E 可以迅速建立復(fù)雜曲面。2 運(yùn)動(dòng)分析模塊（Scenario For Motion）運(yùn)動(dòng)分析模塊（CAE）是 CAE（Computer Aided Engineer）應(yīng)用軟件，用于建立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。運(yùn)動(dòng)分析模塊自動(dòng)復(fù)制主模塊的裝配文件,并建立一系列不同的運(yùn)動(dòng)分析方案。Pro/ENGINEER 運(yùn)動(dòng)分析模塊可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力距。Pro/ENGINEER MOTION 模塊為 Pro/ ENGINEER 的集成運(yùn)動(dòng)模塊，是設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)有力的工具。該模塊可以讓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)師設(shè)定裝配件在特定的環(huán)境中的機(jī)構(gòu)動(dòng)作并給予評(píng)估，能夠判斷出改變哪些參數(shù)能滿足工程及性能超群上的要求，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)達(dá)最佳狀態(tài)，Pro/ENGINEER MOTION 有如下功能：1) 校驗(yàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的正確性，對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，計(jì)算機(jī)構(gòu)任意時(shí)刻的位置、速度、加速度。2) 可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析，得出裝配的最佳配置。3) 根據(jù)給出的力決定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及反作用力。4) 根據(jù)運(yùn)動(dòng)反求所需要的力。5) 求出鉸接點(diǎn)所受的力及軸承力。6) 通過(guò)尺寸變量對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。7) 干涉檢查。1.3.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)對(duì)裝載機(jī)設(shè)計(jì)理念的影響 裝載機(jī)是一種作業(yè)效率高，用途廣泛的工程機(jī)械，它不僅對(duì)松散的堆積物料可進(jìn)行裝運(yùn)、卸作業(yè)，還可對(duì)巖石、硬土進(jìn)行輕度鏟掘工作，并能用來(lái)清理刮平場(chǎng)地及牽引作業(yè)。經(jīng)過(guò) 80 多年的發(fā)展，到今天裝載機(jī)已經(jīng)成為一種必不可少的工程用具。目前，世界上已經(jīng)出現(xiàn)了許多能夠滿足不同要求的規(guī)格種類繁多的裝載機(jī)產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展，和設(shè)計(jì)理念的不斷更新，還將出現(xiàn)更多功能和性能優(yōu)良的裝載機(jī)產(chǎn)品。本次改裝設(shè)計(jì)的小型裝載機(jī)主要用于中小型礦井下代替人工，鏟裝粒度不大的散裝物料，對(duì)提高中小型礦井的機(jī)械化水平有重要意義。通常在對(duì)輪式裝載機(jī)的工作裝置進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析時(shí)一般采用圖解法或解析法，采用圖解法精度較低，使用解析法計(jì)算又很復(fù)雜，因此一般只對(duì)幾個(gè)作業(yè)位置進(jìn)行分析計(jì)算，難以了解全部工況的作業(yè)性能及負(fù)荷變化。為解決這一問(wèn)題，我們使用機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析仿真軟件對(duì)其進(jìn)行分析。這就要求先進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)。裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真的設(shè)計(jì)主要是用大型參數(shù)化建模工具 Pro/ENINEER 對(duì)工作裝置先進(jìn)行三維實(shí)體建模，然后實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬。為能夠方便的解決在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段中運(yùn)動(dòng)構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)計(jì)、可能的運(yùn)動(dòng)干涉檢查等問(wèn)題找到一個(gè)切實(shí)可行的新方法。裝載機(jī)1 前 言7虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)步驟和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟基本相同如圖 1.2.1 所示。圖 1.2.1 裝載機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)步驟1.4 本章小結(jié)本章主要討論了運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景、狀況及發(fā)展趨勢(shì)，介紹了運(yùn)動(dòng)仿真應(yīng)用的領(lǐng)域和實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，指出了課題研究的背景和實(shí)際意義，確定了論文所要完成的主要任務(wù)和預(yù)期目的。介紹了 Pro/ENGINEE 軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用NYYYNNY礦用裝載機(jī)模型設(shè)計(jì)方案實(shí)體建模干涉檢查分析N運(yùn)動(dòng)分析生成工程圖是否符合設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿意2 液壓缸的選擇82 液壓缸的選擇缸的主要參數(shù)包括行程、缸徑、最高使用壓力等。大臂缸和翻斗缸的要求相同均為最大推力：20000N 、行程：800mm，一般均是工作過(guò)程中伸出過(guò)程壓力遠(yuǎn)高于縮回過(guò)程，主要按伸出推力計(jì)算即可，活塞截面積：Ah = Fmax / pmax = 20000N/14.23MPa = 1.4*10-3 m2 Dg = 2×(Ah/π) 1/2 = 42mmAh 預(yù)算缸的活塞面積Fmax 缸允許的最大推力pmax 泵輸出的最大壓力Dg 預(yù)算缸的內(nèi)腔直徑那就要求所選缸最高使用壓力大于或等于14MPa，行程為800mm ，缸內(nèi)徑為42mm 或略小于 42mm的尾部耳環(huán)式等速缸。選缸：D25WE4022800M—ISO型號(hào) 行程 最高使用壓力D25WE4022800M—ISO 800mm 25MPa活塞桿直徑 液壓缸內(nèi)徑22mm 80mm2.1 本章小結(jié)正確選擇液壓缸的參數(shù)對(duì)下面的工作十分重要,在計(jì)算行程當(dāng)中,如有不當(dāng)就可能造成干涉,直接影響裝配,裝配不成功,就無(wú)法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真.3 工作裝置的實(shí)體建模93 裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體建模3.1 工作裝置零件建模在傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員首先在頭腦中形成產(chǎn)品的三維輪廓，然后在圖紙上利用二維工程圖表示，其他設(shè)計(jì)人員以及工藝 生產(chǎn)等不同部門(mén)的人員再通過(guò)二維圖紙將產(chǎn)品還原為三維影像。由于圖紙的錯(cuò)誤和理解的偏差，設(shè)計(jì)人員的意圖并不總能完全實(shí)現(xiàn)，因而設(shè)計(jì)制造的周期較長(zhǎng)，產(chǎn)品的質(zhì)量也受到影響。在產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的時(shí)候尤其如此。因此三維化設(shè)計(jì)應(yīng)該是發(fā)展趨勢(shì)。三維模型的發(fā)展經(jīng)歷了由線框、曲面到實(shí)體的過(guò)程。實(shí)體模型最真實(shí)的反映三維形體的特性，不但包括了形體的幾何輪廓，而且由于實(shí)體有密度屬性，因而可以進(jìn)行質(zhì)量計(jì)算、干涉檢查等操作?；咎卣魇墙r(shí)創(chuàng)建的第一個(gè)特征，是零件結(jié)構(gòu)的基本要素?；咎卣饕院蟮钠渌卣饕蕾囉诨咎卣鳌；咎卣骺梢允菍?shí)體特征，也可以是基準(zhǔn)特征，正交基準(zhǔn)平面就常常被用作基本特征。在 Pro/E 中進(jìn)行零件設(shè)計(jì)的步驟是先創(chuàng)建基本特征，然后添加結(jié)構(gòu)特征。開(kāi)始做零件之前，應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作，明確設(shè)計(jì)意圖。認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)的關(guān)鍵尺寸，可以變動(dòng)的尺寸與尺寸之間的關(guān)系，在裝配時(shí)與其他零件的裝配關(guān)系等。由于在 Pro/E 中實(shí)體模型可以有多種不同的生成方法,采取何種方法更為合理、高效,需要有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，要根據(jù)圖形的形狀選擇生成模型的方式。草圖繪制盡量簡(jiǎn)化，最好不要繪制過(guò)渡圓角、倒角等非關(guān)鍵性信息。如果要像繪制二維工程視圖那樣繪制草圖,效率會(huì)很低,實(shí)踐證明也沒(méi)有這個(gè)必要。因?yàn)樵?Pro/ENGINEER 中我們可以對(duì)實(shí)體進(jìn)行各種編輯操作，如倒圓角。再就是如果草圖繪制過(guò)于精細(xì),再生成模型時(shí)會(huì)耗盡計(jì)算機(jī)資源,使得三維模型生成速度很慢且易出現(xiàn)問(wèn)題。3.1.1 動(dòng)臂的生成圖 3.1.1 動(dòng)臂實(shí)體圖動(dòng)臂建模主要采用拉伸，首先選定草繪平面進(jìn)入草繪模式，繪出動(dòng)臂二維草圖，然后進(jìn)行拉伸3 工作裝置的實(shí)體建模10生成動(dòng)臂三維實(shí)體，再在其上打孔，應(yīng)注意保證主要尺寸的準(zhǔn)確性。對(duì)另一個(gè)動(dòng)臂我們可以用復(fù)制的方法得到。復(fù)制方法有兩種：一是鏡像，另一是平移，如圖 1 采用鏡像。最后添加一些細(xì)節(jié)如圖 1 動(dòng)臂上的筋板，添加筋板時(shí)要注意參考面的正確建立。對(duì)于復(fù)雜的零件,選擇合理的生成方法就顯得尤為重要。因?yàn)檫x擇不正確的生成方法不但效率低，而且有些情況根本就不能生成實(shí)體模型。因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)實(shí)體模型之前，必須要考慮好模型的生成方法和步驟。這就要求設(shè)計(jì)人員要有較好的空間想像力和抽象思維能力，這也是三維建模同二維圖形繪制最大的不同點(diǎn)之處。3.1.2 鏟斗的生成采用拉伸方法建立鏟斗基本體，用抽殼功能形成基本殼體。在基本體上添加加厚板以及肋板特征。添加耳特征時(shí)只需建立耳特征的一個(gè)面，然后采用鏡像復(fù)制命令就可以完成肋板的設(shè)計(jì)。最后采用兩側(cè)拉伸方法添加截齒特征和陳列生成。在鏟斗建模過(guò)程中要注意的是兩側(cè)加厚板的復(fù)制。圖 3.1.2 鏟斗實(shí)體圖3 工作裝置的實(shí)體建模113.1.3 底座的生成圖 3.1.3 底座實(shí)體圖先建立底盤(pán)框架，采用裁減命令生成槽鋼結(jié)構(gòu)，在框架上生成后續(xù)特征。底座的生成主要采用了拉伸命令，裁減命令和復(fù)制命令。底座建模過(guò)程中需注意翻轉(zhuǎn)油缸連接座的正確定位。3.1.4 連桿的生成圖 3.1.4 連桿實(shí)體連桿的生成比較簡(jiǎn)單，主要采用了拉伸命令，需要注意的是在草繪截面時(shí)尺寸的標(biāo)注，要保證主要尺寸的準(zhǔn)確，比如兩孔中心距。3 工作裝置的實(shí)體建模123.1.5 搖臂的生成圖 3.1.5 搖臂實(shí)體圖搖臂建模也主要采用拉伸命令，先建立特征實(shí)體的一半然后用復(fù)制特征命令鏡像特征另一半，需要注意的是鏡像特征時(shí)對(duì)稱基準(zhǔn)的建立方法。然后在基本特征上建立孔特征，應(yīng)注意保證孔間距的準(zhǔn)確，建議： 先建立搖臂兩端的連接孔，生成后再建立中間連接孔。這樣作，主要是避免三孔同時(shí)建立時(shí)出現(xiàn)的孔位置難以確定的問(wèn)題。3.1.6 液壓缸筒的生成圖 3.1.6 液壓缸筒實(shí)體液壓缸模型結(jié)構(gòu)及尺寸參看機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，主要采用拉伸和裁減命令生成，需要注意的是尾部聯(lián)結(jié)油管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和建立方法。3 工作裝置的實(shí)體建模133.1.7 液壓缸蓋的生成圖 3.1.7 液壓缸蓋實(shí)缸蓋結(jié)構(gòu)和尺寸參看機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，主要用拉伸和裁減命令，注意內(nèi)部需加上密封槽。3.1.8 液壓缸活塞的生成圖 3.1.8 液壓缸活塞實(shí)體其結(jié)構(gòu)和尺寸需參看機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，也主要采用拉伸和裁減命令生成，注意也要加上密封槽。注：本次設(shè)計(jì)的小型裝載機(jī)工作裝置需采用三個(gè)液壓缸，其中翻轉(zhuǎn)液壓缸和舉升液壓缸基本結(jié)構(gòu)相同，所不同的只是長(zhǎng)度尺寸不同，所以只需建立一個(gè)舉升液壓缸零件，翻轉(zhuǎn)液壓缸零件可在舉升油缸的基礎(chǔ)上通過(guò)修改尺寸再生而成3.1.9 連接銷軸的生成圖 3.1.9 連接銷軸實(shí)體3 工作裝置的實(shí)體建模14銷軸建模主要采用旋轉(zhuǎn)命令，先繪制一條旋轉(zhuǎn)軸，接著草繪截面，再繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 360 度就可生成銷軸實(shí)體，然后生成軸端的限位孔，最后在需要倒角的部位倒角。要注意的是建立限位孔時(shí)需先創(chuàng)建與柱面相切的基準(zhǔn)面作為草繪截面3.2 工作裝置裝配模型建模零件設(shè)計(jì)完成后，往往需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)零件進(jìn)行裝配。在 Pro/ENGINEER 的裝配模塊中，通過(guò)定義零件之間的位置約束關(guān)系，可以把子零件裝配成一個(gè)裝配件，并檢查零件之間是否有干涉以及裝配體的運(yùn)動(dòng)情況是否合乎設(shè)計(jì)要求。同時(shí)在生成裝配體過(guò)程中，用戶可以根據(jù)需要添加生成新的零件和特征。使用 Pro/E 進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)有兩種基本方法，示意圖如圖 3.2.1 所示。 在上面兩種方法中，第 1 種方法相對(duì)第 2 種方法是比較低端的方法。因?yàn)樵谡嬲母拍钤O(shè)計(jì)中，零 件 設(shè) 計(jì) 示 意 圖 零 件 零 件部 件 裝 配 件 部 件 裝 配 件零 件零 件裝 配 件裝 配 體 設(shè) 計(jì) 示 意 圖（a）由底向上的設(shè)計(jì)方法裝 配 體 設(shè) 計(jì) 示 意 圖 裝 配 件 零 件 零 件部 件 裝 配 件部 件 裝 配 件零 件零 件零 件 設(shè) 計(jì) 示 意 圖(b)由頂向下的設(shè)計(jì)方法圖 3.2.1 Pro/E 的裝配件設(shè)計(jì)方法3 工作裝置的實(shí)體建模15很少利用一個(gè)零件來(lái)控制整個(gè)裝配體的設(shè)計(jì)，往往都是在拿出產(chǎn)品的外在概念和功能概念后，逐步 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)上的細(xì)化，直至細(xì)化到單個(gè)零件。比如設(shè)計(jì)一種新型號(hào)的汽車，先由設(shè)計(jì)師拿出汽車外觀的概念圖，然后由底盤(pán)工程師和車身工程師一起進(jìn)行汽車的布局協(xié)調(diào)，根據(jù)協(xié)調(diào)的結(jié)果，得到各自部分布局的概念圖，在這個(gè)布局概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行零件的細(xì)化設(shè)計(jì)。由此可以看出，在對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)上，以由頂向下的設(shè)計(jì)方法更為貼近實(shí)際一些。但是由底向上的設(shè)計(jì)方法并不是一無(wú)是處，對(duì)于一些已經(jīng)比較成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，采用這種設(shè)計(jì)方法效率反而高一些。在實(shí)際的裝配過(guò)程中通?；旌鲜褂眠@輛中設(shè)計(jì)方法，以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。比如本次對(duì)礦用小型裝載機(jī)的改造設(shè)計(jì)，由于該項(xiàng)設(shè)計(jì)在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，所以采用第一種方法比較合適。前面已經(jīng)生成礦用小型裝載機(jī)的各種底層零件的三維模型，然后采用由底向上的裝配設(shè)計(jì)方法對(duì)這些零件進(jìn)行空間定位來(lái)生成裝配件。在裝配件設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)需要對(duì)裝配件中的零件進(jìn)行修改，比如修改零件尺寸，移動(dòng)零件在裝配件中的位置，生成新的特征等。對(duì)于一個(gè)裝配件，當(dāng)其中所有的零件都被完全約束時(shí)，這種裝配件就稱為參數(shù)化的裝配件，否則就是非參數(shù)化的裝配件。下面對(duì)本次裝載機(jī)工作裝置模型的裝配設(shè)計(jì)過(guò)程作簡(jiǎn)要敘述：3.2.1 底座模型裝配進(jìn)入裝配界面調(diào)入圖 3.1.3 所示底座實(shí)體模型，點(diǎn)選圖 3.2.2 所示按扭固定主體模型。在元件放置對(duì)話框中點(diǎn)確定。圖 3.2.23.2.2 動(dòng)臂模型裝配調(diào)入圖 3.1.1 所示動(dòng)臂實(shí)體模型，在元件放置對(duì)話框中點(diǎn)“連接”(圖 3.2.3)在連接類型中選“銷釘”（圖 3.2.4），約束類型 1 為“軸對(duì)齊”分別在動(dòng)臂模型和底座模型上選擇需要對(duì)齊 的軸線。約束類型 2 為“平移”，分別在兩實(shí)體上選擇要匹配的面，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)模型位置，可以點(diǎn)選“反向”按鈕改變模型方向，在“約束偏移”框中輸入偏移尺寸（如圖 3.2.5）可以調(diào)節(jié)匹配面間的間隙，點(diǎn)選“移動(dòng)”（圖 3.2.6）進(jìn)入移動(dòng)界面，（如圖 3.2.7）選“旋轉(zhuǎn)”，用鼠標(biāo)在圖3 工作裝置的實(shí)體建模16區(qū)點(diǎn)選動(dòng)臂模型，然后拖動(dòng)鼠標(biāo)可以調(diào)節(jié)動(dòng)臂角度，點(diǎn)中鍵終止操作，點(diǎn)“確定”完成動(dòng)臂模型裝配。 圖 3.2.3 圖 3.2.4 圖 3.2.5圖 3.2.6 圖 3.2.73.2.3 鏟斗模型裝配調(diào)入鏟斗模型，動(dòng)臂和鏟斗的連接類型也屬于銷釘連接，分別選取鏟斗模型和動(dòng)臂模型需要對(duì)齊的軸，然后選擇匹配平移面，操作方法同動(dòng)臂裝配操作方法。3.2.4 液壓缸體模型裝配第一步：缸筒與底座的連接缸筒與底座的連接屬于銷釘連接，操作方法同前所述。旋轉(zhuǎn)缸筒角度使其基本接近和動(dòng)臂連接的角度。第二步：活塞桿與缸筒和動(dòng)臂的連接活塞桿與缸筒之間能夠自由伸縮，所以連接類型選用“圓柱”連接。 “圓柱”連接類型只有一個(gè)軸對(duì)齊約束，分別選取缸筒和活塞桿的中心軸，點(diǎn)選“移動(dòng)”按扭選擇“平移”，調(diào)整活塞桿在缸筒中的位置。在元件放置對(duì)話框中點(diǎn)“+”按扭（圖 3.2.8）增加一個(gè)“銷釘”連接類型，分3 工作裝置的實(shí)體建模17別選取活塞桿前端環(huán)和動(dòng)臂連接軸孔的軸線，然后分別選取活塞桿前端環(huán)和動(dòng)臂需要匹配的面，輸入偏移尺寸，系統(tǒng)自動(dòng)完成活塞桿與動(dòng)臂的裝配連接，點(diǎn)“確定”退出。圖 3.2.8第三步：缸蓋模型的裝配調(diào)入缸蓋模型，在連接類型中選取“剛性”連接，在約束中選“匹配”選擇缸的前端面和缸蓋內(nèi)端面進(jìn)行重合匹配，再增加“插入”約束，分別選取缸蓋曲面和缸體曲面，系統(tǒng)自動(dòng)完成缸蓋的裝配連接。3.2.5 搖桿模型的裝配連接搖桿模型與動(dòng)臂模型裝配連接也采用銷釘連接操作方法同上所述。3.2.6 連桿模型與鏟斗模型和搖桿模型的裝配連接在裝配連桿時(shí)首先選取和搖桿的連接或和鏟斗的連接為“銷釘”連接，操作過(guò)程同前所述。其次選